גורמים המשפיעים על מימוש PSM4 ו-Silicon Photonics בארכיטקטורות מרכזי נתונים של הדור הבא

כוחות ומגמות רבים מובילים את יישום ה-PSM4

וה- (SiPH) בתכנונים וארכיטקטורות של מרכזי נתונים של הדור הבא. PSM4 ו-SiPH ממלאים חלל חשוב באפשרויות החיבורים ההדדיים של מרכזי הנתונים – החלל בין השגת אופציות ה-multimode (רבת-אופנים) 25G, ופתרונות אופטיים בעלי טווח ארוך (long range – LR). השימוש בגרסאות pigtail (מוליך חיבור ארוך) יכול לאפשר יישום קל באמצעות חיבור נוח לכבלים המובנים. מבחינת ה-“הוכחה העתידית”, PSM4 הוא פיתרון שיכול להתאים לשדרוגים הן של הזרם והן של הדור הבא של רוחב-פס.

הענן
בעוד רוב הצרכנים השתמשו בענן בצורה זו או אחרת במשך שנים רבות (הבהוב, iTunes וכד’), אחד השינויים הגדולים ביותר היה הריבוי האגרסיבי של הענן על-ידי חברות פרטיות. מחקר מ-2011 על-ידי IBM מצא ש-70% מהעסקים הבינוניים השתמשו בניתוח מבוסס-ענן, ו-66% כבר פיתחו או התכוונו לפתח טכנולוגיות מבוססות-ענן. במקום להגדיל את יכולת ה-IT הפנימית, הזזת פריטים אל הענן הוכחה כיעילה לעלות ובזמן. Microsoft דיווחה לאחרונה שלשירות ה-Skydrive שלה יש 17 מיליון לקוחות המאכסנים 10 פטאבייטים של נתונים. המגמה מוסיפה לאוץ.

בידור לבקשתך וניידות הבידור
מ-HULU עד Apple TV ועד Amazon Prime, Netfix ואחרים, הבידור עובר מעבר מדגם ה-set-time לדגם לפי-הבקשה. יתר על כן, הבידור נחשב כיום למוצר הצפוי להיות זמין לא רק מתי שאתה רוצה אותו אלא גם היכן שאתה רוצה אותו. קיימות פלטפורמות ואופציות בעלות ראיה מרובה/ ניסוי. טלוויזיות מחוברות לאינטרנט, טאבלטים, מחשבים אישיים וטלפונים חכמים מאפשרים למתבוננים לגשת לכל רמה של מידע או בידור במקום ובזמן שהם בוחרים. דבר זה דורש, מצידו, תשתית בקנה-מידה גדול כדי לאכסן ולתמוך בתכניות המוגשות לפי-בקשת הצרכנים.
נתונים גדולים
לפי Roberto V.Zicari מ-Object Database Management Systems (), כל יום נוצרים 2.5 קינטיליון של נתונים. נתונים אלה באים מתמונות דיגיטליות, וידאו, פרסום לאתרי תווך חברתי, חיישנים חכמים, רישומי עסקי רכישה,
אותות GPS מטלפונים סלולריים, אם לציין מעטים מהם. אלה הם נתונים גדולים (Big Data).
לפני כן, רוב הנתונים שוחררו ובוטלו, ונראו כבעלי ערך מועט. או, במזער, נראו כמדי מסורבלים מכדי לאכסן ולהשתמש בהם. אולם, טכנולוגיות חדשות בניהול בסיס נתונים (בעיקר פיתוח ה-Hadoop) מאפשרות מידע ייחוסי מבוסס-נתונים בקנה מידה גדול, אף אם הנתונים
נמצאים בסוגים וצורות נפרדים ולאורך מערכות שונות. בעיקרון, כל הנתונים הפכו לבעלי-ניהול ולשימושיים בעיקרון. כתוצאה, כל הנתונים החלו
להיות מאוכסנים בזמן בלתי-מוגבל ומיועדים למידע וקשרים הדדיים.
השלב הבא – ארכיטקטורות חדשות של מרכזי נתונים
כתוצאה מגורמים מרובים אלה, מרכזי הנתונים הפכו ליותר גדולים ויותר מבוזרים.
וירטואליזציה פירושה שארכיטקטורות מערכת אשר דרשו בעבר חומרה נוספת יכולות להיבנות בעזרת פחות ציוד, אך יותר חיבורים הדדיים לשם הבטחה שהמשאבים משמשים במלואם והם פעילים הדדית. תכנוני הדור הבא של מרכזי נתונים דורשים בעיקר שתי תכונות ראשיות: יכולת לשנות גודל (scalability) ואחידות בביצועים בצירוף כמיסות נמוכה.
היכולת לשנות את גודל התמונה דרושה כדי לטפל בהרחבת השירותים, הוספת הלקוחות והגידול בנתונים. אחידות הביצועים דרושה כדי לספק זרימה חלקה של נתונים בין צמתים. הארכיטקטורה המסורתית בעלת שלוש שורות של מרכזי נתונים של ה-Core-Aggregation
וה-Access הייתה מאוד מתאימה לשימוש המקובל של דוא”ל, דפי רשת ותעבורה. אולם, דרישות חדשות להספקת וידאו ותוכן, מכונות מדומות, גישה לענן ומערך תוכן רישות חברתית דורשים כמיסות נמוכה על-פני מרכז הנתונים. רוחב-פס לא-חסום הפך הן לדרישה והן לאתגר טכני אשר דרש ארכיטקטורת מרכזי נתונים חדשה.
ארכיטקטורות “spine and leaf” (שידרה ועלה) פותרות שתי סוגיות אלו. שידרה מרכזית מטפלת בנתונים בעלי רוחב-פס גבוה בין העלים, בעוד עלה מבקר את זרימת התעבורה בין ריכוזי השרתים. הביצועים לכן מאוזנים, בשעה שהמבנה מאפשר הוספת עלים כאשר המערכת גדלה. התעבורה בין צמתים מאוזנת ונגישה עם כמיסות נמוכה בזרימת התעבורה מזרח-מערב. ישנן השפעות רבות של סוג זה של ארכיטקטורה, אך אחת מהן היא הצורך בנתיבים אופטיים בעלי מרחקים גדולים יותר. זהו, בתורו, גורם המוביל את הצורך ב-PSM4 ו-Silicon Photonics.
סיב מרובה-אופנים ואתגר המרחק/קצב הנתונים
בעשור האחרון, חיבורי ביניים מהירים הועמדו מול אתגר ראשוני. ככל שקצב הנתונים עלה, המרחקים שחיבורי נחושת יכלו לעמוד בהם פחתו עד לנקודה שהיה צורך למצוא פתרונות חלופיים. כדי לטפל בקצבי הנתונים העולים, פותחו דרכים חדשות ואקזוטיות כדי להרחיב את היכולת של הנחושת: כבלי awg גבוהים יותר, חומרים דיאלקטריים חדשים, סכמות שוויון (equalization) חדשות, CDR’s והתקני שלימות האות אקטיביים אחרים. כל שיטה חייבה עלויות מוגברות ואתגרי מימוש. לבסוף, נקודת המפנה נוצרה כאשר סיב מרובה-אופנים הפך לפיתרון האפשרי היחיד כדי לעבור צירוף מסוים של קצב נתונים ומרחק.
במשך הזמן, אותם האתגרים הופיעו עם הדרישה המחמירה של האופטיקה הרב-אופנית של מבני סיבים ומחברים יותר אקזוטיים:
1Gbase-SR עם סיב OM2, טווח הסיב הוא 550 מ’
40Gbase-SR4 עם סיב OM3, טווח הסיב הוא 150 מ’
100Gbase-SR4 עם סיב OM4, טווח הסיב הוא 100 מ’
כל שדרוג חדש מחייב זמן מת משמעותי של מרכז הנתונים, כולל תוספות מחיר עבור החיווט המובנה. בזמן של לחצי עלות עולים, שדרוגי MM קבועים נוגדים את צורכי התעשייה.
עלויות ממשיות הכרוכות ברוחב-הפס
רוחב-הפס ואתגרים טכניים כונו בצדק על-ידי אחדים כ-“צונאמי של נתונים העומד להגיע”. האתגר המשמעותי האחר הוא העלות העולה – וציפיות הצרכנים. בצדק או לא, צרכנים החלו לצפות לעליית ביצועים מרשימה, עם עלייה מועטת או אפסית. מהעברת תמונות לוידיאו, לוידיאו HD ול”כל דבר הניתן להשיג לפי בקשה באמצעות התקן כלשהו” צרכנים רוצים יותר אך אינם רוצים לשלם יותר. דבר זה מפעיל לחץ מוגבר על הספקים להפחית עלויות.
מהירויות ורוחב-פס גדלים בקצב מהיר יותר. 10Gigabit Ethernet ממומש, ומערכות בעלות 40GbE מותקנות עתה. 100GbE מתחיל להתפתח, ותאגיד של ספקים הכריז על MSA עבור 400GbE השנה. Ethernet Terabit נמצא באופק. הדגם הכלכלי המסורתי של החלפת תשתית מיושנת וציפייה לתגמול תוך כדי מספר מועט של שנים נמצא תחת לחץ גובר – ודורש דרכים יצירתיות לשם חיסכון בעלויות.
שדרוג סיב מרובה-אופנים הוא יקר. הגדלות ברוחב-הפס שואפות לדרוש חיווט מובנה חדש (OM2 ל-OM3, ועתה OM4). בנוסף, כל שדרוג של כבל הוא יקר בהכרח מאשר הקודם. כך שלא רק שיש צורך בהחלפת כבלים שכיחה יותר, אלא הכבל החדש הוא יותר יקר.

פיתרון: 4KM Silicon Photonics מגיע ל-PSM4
Silicon Photonics LR PSM4 (או Parallel Single Mode Quad) מסייע לפתור את האתגרים הרבים של הצורך ברוחב-פס גבוה יותר, מרחקים ארוכים יותר, הספק נמוך וחיסון עתידי. מוצרים מבוססי PSM4 ו-Long Reach Silicon Photonics () מציעים שבעה יתרונות עיקריים:

1. מרחק –
עם מרחקי שידור עד 4 ק”מ ב-10Gb/s ו-2 ק”מ ב-25Gb/s, הם יכולים לענות לרוב, אם לא לכל דרישות מרכזי הנתונים החדשים.
2. הספק-
AOCs מבוססי silicon photonics משתמשים ביסודם באותה תצרוכת הספק כמו מוצרים מבוססי VCSEL: מתחת ל-1 ואט עבור QSFP+AOC של 10G ו-1.5 ואט ב-25Gb/s.

3. עלות –
העלות היא בערך שווה ל-AOC’s מבוססי VCSEL, אך מאחר שהם חד-אופנים הם משתמשים בהרבה פחות כבלי SM בתור תווך שידור. כאשר מהירויות של מוצרים מבוססי VCSEL עולות, הם דורשים אף סוגים יותר יקרים של סיבים כדי לשדר בצורה יעילה. לאחר שרוב הרשתות שודרגו ל-OM3, לשדרוג נוסף ל-OM4 יהיו משמעויות-עלות רציניות. וגם, מה יבוא אחרי ה-OM4, וכמה מוקדם זה יידרש? עם AOCs SM silicon photonics הסיב נשאר בחד-אופן זול – וקבוע כאשר קצבי הנתונים עולים.

4. חיווט מובנה לאיטום עתידי –
דבר זה הופך לגורם חשוב יותר בתהליך האימוץ של silicon photonics בשוק, במיוחד במתקנים חדשים. חיווט מובנה הוא פחות בר-קיימה לשם שמירה על שדרוג הסיב ככל שהמהירויות מוסיפות לעלות. PSM4 יכול להתאים ל-:
10Gb Ethernet – 4 x 10Gb/s
10Gb Ethernet – 4 x 10Gb/s aggregated
QDR Infiniband – 4 x 10Gb/s
FDR Infiniband – 4 x 14Gb/s
EDR Infiniband – 4 x 25Gb/s
100Gb Ethernet – 4 x 25Gb/s aggregated

5. אופציות pigtail נשלפות (plug-in) לשם קלות ההתקנה והשדרוג –
פתרונות AOC PSM4 זמינים בגרסאות pigtail. עם pigtail, קצה אחד הוא הצד הפעיל המסורתי של QSPF+, והשני הוא או MPO או LC’s. דבר זה מאפשר חיבור מהיר לחיווט מובנה (כך לא צריך למשוך את צד ה-AOC למרחקים ארוכים), והיכולת לשדרג במהירות למוצרים חדשים כאשר יש צורך. כך שכאשר מוצר zQSFP 4x28G מוכנס, ניתן לחברו מיידית לחיווט המובנה המונח כבר במקום. ניתן לבצע מיידית שדרוגים מ-10GbE/40GbE ל-100 GbE ללא שדרוג חיווט מובנה יקר וזמן השבתה של מרכז הנתונים הכרוך בכך.

6. חומרי Silicon Photonics הופכים לזמינים בנקל –
מערכת אקולוגית של פתרונות SiPh מוכחים, אמינים, יעילים לעלות, קיימת כדי להתאים לחיבורי מרכזי נתונים חד-אופנים. SiPh נפרס בהרחבה כיום ב-AOCs של PSM4, ומספר מצטרפים חדשים בשוק מציעים מגוון פתרונות.

7. התקני SiPh מציעים נתיב טכנולוגי ברור מעבר ל-25 גיגה –
VCSELs עומדים בפני אתגרים תכנוניים גדלים ככל שהמהירות עולה. מאידך, עם מערכות מבוססות SiPh, לרוב סכימות האפנון יש נתיב טכנולוגיה ברור ומובן ל-50G, 100G ומעבר לזה.

העתיד הוא כעת
עד לא מזמן, נחשב ככלל שאתגרי התכנון של רוחב-הפס/מרחק מוגבלים לחיבורים הדדיים מהירים בנחושת. המעבר לאופטיקת הסיבים בשנות התשעים נחשב בעיקר כפתרון של סוגיות אלו. מעטים חזו שאופטיקה מבוססת VCSEL מסורתית הייתה מתחילה לענות לחלק מאותם האתגרים כפי שחיבורי הנחושת עברו עשור שנים לפני כן. זהו הזמן – כעת.
פוטוניקת סיליקון חד-אופני מגשרת את הפערים הנגרמים מהדרישות הכפולות של יכולת לטפל במרחקים ארוכים יותר ולהתאים למהירויות שידור נתונים גבוהות יותר. עבור לקוחות רבים טכנולוגיה זו מספקת עלות נמוכה יותר, אופציית הספק נמוכה יותר עבור מה שניתן לכנות כמרחקי medium reach , ומספקת פיתרון שהוא הוכחה עתידית עבור הדורות הבאים של מהירויות שידור נתונים. עם בסיס רחב של מוצרים הן זמינים והן מפותחים על-ידי ספקים רבים, פתרונות PSM4 ו-Silicon Photonics ניתנים לפריסה כיום כדי לאפשר ארכיטקטורות מרכזי נתונים חדשות, ועדיין יובטחו להם הדרישות של היענות יעילה-לעלות של דרישות לשדרוג בדורות הבאים.